导语
煤矿安全生产科技创新取得的成果
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煤矿瓦斯防治安全方面存在的问题
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通风环境存在隐患
煤矿地质条件具有复杂性，应用通风技术时必须因地制宜，同时对通风环境提出一定的要求。因此，在煤矿通风设计中，为了配合实际工 作情况，确保足够的空气流量，降低煤气等有害气体的浓度，改善矿井开采环境的质量，需要最大限度地保证井下压强分布情况，但是部分煤矿企业缺乏意识，在通风方面未投入大量资金，使得通风效果差。除了简单的通风设备安装，还需要配备全面的通风系统，在通风系统当中还包含了一系列辅助设施和安全防护措施，如防尘网、除尘装置等，这些都能够有效地避免安全事故发生 。然而，在实际操作中，如果只追求煤炭开采效率，不能对井下条件、地质环境等多方面进行全面的现场测量和综合考虑，那么这必然导致通 风系统存在缺陷，给安全开采带来潜在风险。
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瓦斯勘探缺乏综合性地质资料
过去，由于中国煤炭企业规模较小，不重视地质勘探，地质勘探数据有限，主要关注煤炭资源储量和位置，但对煤中瓦斯勘探缺乏足够的重视。目前，随着煤矿机械化水平和自动化程度的不断提高，煤矿通风系统得到改善，但是由于煤层赋存情况复杂、采煤空间狭窄，使得井下局部区域瓦斯涌出量仍然较大。此外，煤炭企业在瓦斯防治方面缺乏规划和前瞻性，大多采用边采边控的方法，这既会降低瓦斯的防治效果，又会阻碍瓦斯的综合利用效果。国外领先的煤炭企业，通常对瓦斯防治都具有一定的规划，同时使用较为先进的勘探技术，并且能够科学合理地利用瓦斯，取得了显著的成效，但中国在这一点上仍存在不足。只有将瓦斯防治与地质勘查相结合，才能更好地推进瓦斯综合防治。
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煤矿开采管理水平有待提高
对于煤矿企业来说，其管理范围包括煤矿配套设备的维护和职工的管理。目前，中国部分煤炭企业都采用传统的管理模式，缺乏专业人员对井下通风系统进行调试，这导致通风系统未能充分发挥其作用效果，而且缺乏相应的专业技术人员对各个安全环节进行监管，一旦出现问题，责任无法得到有效落实。同时对于井下作业人员而言，缺乏智能化监测设备。
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瓦斯防治技术落后
为了跟上时代的步伐，煤矿开采所需的瓦斯防治技术必须不断更新和优化，确保其与时俱进。在当前各方压力下，煤矿井下通风系统建设水平已得到保障，但瓦斯防治仍需借助其他技术手段，以共同推动煤矿井下的安全。首要问题在于瓦斯防治设备的缺失，部分煤矿企业未配备专门针对于瓦斯防治工作的监测设备，导致无法对瓦斯浓度进行有效监督，同时也无法及时获取瓦斯浓度超过规定标准的提示信息 ，这就导致了大量瓦斯事故发生，严重影响了煤矿的安全生产。其次，煤矿井下瓦斯防治系统不够完善，除了必要的设备支持外，还需要相应的瓦斯防治系统，人员应根据矿井的地质结构铺设管道和线路，确保安全。然而，某些煤矿瓦斯防治系统过于偏重通风和瓦斯排除方面的管控，而忽略了瓦斯所带来的环境问题。
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煤矿工人安全意识薄弱， 培训不足
大量煤矿作业人员文化素养和安全意识薄弱，培训时间短，而且存在培训效果差的现象，很容易成为安全隐患。煤矿瓦斯具有无色无味的特点，人员对其危害认识浅，加之煤矿预防机制、安全制度不健全，人员存在吸烟等不规范行为。虽然中国煤炭行业的管理规模逐步扩大，煤炭工人的培训水平也有所提高，但是近年来的煤矿安全事故仍然暴露出安全管理的漏洞，尤其是煤矿安全的瓦斯治理。因此，必须时刻保持高度警惕。
煤矿井下瓦斯防治安全技术的应用
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通风技术的应用
在对煤矿瓦斯进行预防、治理中，通风技术是必不可少的基本措施之一，通过空气置换有效地保证了矿井空气环境的安全，降低了瓦斯浓度。现如今，自动化、智能化系统已经融入通风 系统中，结合实际需求，可在通风技术中引入控制系统，该系统能够根据井下瓦斯浓度进行风机的调控。通风控制系统的整体架构由两部分组成，分别是PLC （Programmable LogicController，可编程逻辑控制器） 智能控制中心和监控模块，将气体浓度安全范围设置在智能控制模块中，显示并及时预警气体变化。如图 3 所示，当系统运行时，各种监测传感器实时、动态监测通 风机的运行状态和井内瓦斯气体浓度，监测结果由数字信号转为模拟信号，传输至 PLC 控制中心，系统自动分析，确定最佳风机运行参数，控制信息传递至变频控制电路，最终实现对风机的控制。该系统能够监测风机的运行状态，如果发生异常，系统会自动发出警报并检测故障，从而确定故障原因，提高设备运行效率。
图4 通风系统控制结构示意图
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注入技术的应用
注入技术的确定需要考虑多种因素，包括但不限于气体、泥浆和混合液等，从而实现对瓦斯的有效控制。在应用注入技术时，必须严格遵守施工规范要求，控制各项指标，确保技术参数合理，从而最大化瓦斯防治效果。首先，采用惰性气体置换井下空气中的瓦斯，这不仅降低了瓦斯浓度，还可以避免由于氧气浓度增加而引起的自燃现象。一般情况下，注气技术的应用必须与抽放技术相配合，安装抽放管和注气通道时必须确保环境的密封性，避免漏风现象对抽放效果造成影响。其次，针对密闭空间内瓦斯泄漏问题，采用注浆技术加固，形成一道帷幕墙，能够有效防止瓦斯气体泄漏。使用该技术时，有必要优先考虑对煤柱和顶板有严重裂缝的区域进行喷射加固，以确保安全。在注浆过程中，需要特别关注浆液的密度和比例，同时也要留意注浆的稳定时间。最后，注入以水为主要成分的混合液，该过程是通过液压系统和液体导向系统实现的。为了实现对瓦斯状态的改变，注水系统中使用的混合溶液能够吸附游离瓦斯，以增强瓦斯治理效果 （见图 4）。
目前，注水系统中使用的混合溶液有很多种，如压裂液、表面活性剂和瓦斯固化剂等，在使用时，精确控制液体注入的参数，如压力、速度等，并根据计算结果确定最佳的注入量，以达到瓦斯防治的最佳效果。
图 5 瓦斯传感器布置结构示意图
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抽放技术的应用
为了确保煤矿瓦斯浓度符合安全生产标准的要求，需要分析煤层瓦斯浓度和分布状态来确定抽放区。在应用抽放技术的情况下，钻孔的方向位置是基于瓦斯涌出区域的特征来确定的，并且抽放装置型号的选择必须基于气体含量。为了避免因地质因素造成的误差导致钻孔布置不合理或出现偏差，必须要选择合理的方法和参数来确定钻孔方位和个数。在实际操作中，需要计算钻孔的位置、数量和间距等参数，并在钻孔施工中进行必要的调整和校准。在瓦斯抽放作业前，监测煤层的变化情况，因为瓦斯抽放施工作业可能会对煤层结构产生 影响，所以需要加强监测以控制抽放技术的应用，安装瓦斯抽放管路，并对钻孔进行严密封闭，确保瓦斯抽放效果的可靠性。
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结语
作者丨 刘晓庆 何坤 重庆大学
审核丨 赵昱龙 重庆大学
